[發明專利]一種制備超疏水抗反射微米和納米復合結構表面的方法

無效

• 申請號: 200910066464.1
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101475173A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 呂男;齊殿鵬;徐洪波;黃春玉;高立國;遲力峰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B33/02
• 分類號: C01B33/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于復合結構表面的制備技術領域，具體涉及一種微米和納米復合結構的超疏水抗反射硅表面的制備方法。

背景技術

近年來世界各國對微電系統(MEMS)給予了極大的熱情和關注，它正成為新崛起的大規模的產業，成為國民經濟新的增長點，并對國防科技的發展產生重大影響。但隨著器件和系統的微型化，其特征尺度減小，表面積(L²)和體積(L³)之比值也相對增大，表面效應增強，在宏觀尺度中被忽略了的表面力現在起主導作用，由此產生表面摩擦、磨損、粘附和壓力損失等一系列問題，使得(MEMS)器件受到了極大的困擾。

超疏水表面一般是指與水的接觸角大于150°的表面。它具有特殊浸潤性質，具有防水、防霧、抗清潔、抗氧化等重要特點，在科學研究和生產、生活等諸多領域有廣泛的應用前景，例如可應用在鏡片、光學器件、紡織品、機械產品、管道運輸、微流體芯片等。這一類特殊性質能夠減小器件表面的粘附力和摩擦力，改善液體在微流體器件內的流動性能。日本筑波大學機械工程實驗室YasuhisaAndo發表在Sensors?and?Actuators，Vol.57No.2(1996)，p，83～89的論文及法國的V.Studer發表在AppI.Phys.Lett.80，3614(2002)的論文中對超疏水表面的應用進行了嘗試性研究。對固體材料表面進行超疏水修飾的方法主要有兩種：一種是在接觸角大于90°的疏水表面構筑粗糙的微納米結構；另一種是在表面修飾低表面能的物質，如江雷發表在Adv.Mater.2002，14：1857～180中所說明。結合上述兩種方法的固體表面疏水修飾也已經有一些報道。例如(中國專利，公開號CN1378581A，CN1613565A，CN1624062A)，Langmuir2008，24，10421～10426。但是上述的一些構筑超疏水表面的方法一般工藝比較復雜，而且需要特殊的儀器和設備，難于實現大面積的制備。因此，探索新的廉價的超疏水制備技術有更重要的價值。

由于普通平面基底具有很高的反射率，致使光學系統受到雜光干擾，嚴重地影響光學系統中光學元件的透過率和圖像解析能力，致使光學系統的分辨率和靈敏度下降，嚴重地影響了光學及光電子學器件的性能，例如太陽能電池、顯示器、光學傳感器、偏振片、光學鏡頭等。為了提高這些器件的性能，需要降低基底表面對光的反射率。傳統構筑抗反射亞波長表面結構的方法主要有：電子束刻蝕、基于納米壓印的干刻刻蝕、激光干涉刻蝕等。為了構筑抗反射表面，科技工作者進行了大量的研究工作，其中最具影響力的是電子束刻蝕的方法(Opt.Lett.1999，24，1422；Microeletron.Eng.2005，78～79,287)。雖然電子束刻蝕的方法具有高精度、高分辨率等優點，但是由于儀器昂貴、效率較低的缺點，制約了其廣泛的應用。基于和自組裝納米粒子的方法制備的結構、激光干涉刻蝕和納米壓印的掩模，RIE能夠在大面積上構筑出具有抗反射性能的亞波長結構(Nanotechnology?2000.11.161；Nanotechnology?1997.8.53；AppI.Phys.Lett.2002.80.2242；J.Vac.Sci.Tehchnol.2003.21.287?4Small?2008.4.1972中國專利，公開號CN1378581A，CN1613565?A，CN1624062?A)，然而這些技術需要的儀器依舊很昂貴，使其應用嚴重受限。

發明內容

本發明的目的在于以一種簡單的方法來制備大面積的超疏水抗反射硅表面，提出的是一種具有微米和納米復合結構的超疏水抗反射硅表面的制備方法。本發明是利用單晶硅在堿性溶液中的各向異性刻蝕作用及銀催化刻蝕硅法制備出表面微觀結構為微米和納米結構共同存在的復合結構，再通過含氟代硅烷化試劑對其表面進行化學修飾，制備的硅表面同時具有良好的超疏水和抗反射性能。運用該方法制備的超疏水抗反射材料的表面與水的靜態接觸角大于150°，如圖7水滴在此表面上的滑動角小于3°(靜態接觸角和滾動角均在contact?angle?OCA20.DATAPHYSICS上測試)。此表面還具有良好的抗反射性能，尤其在800～1100nm波長范圍內光反射率小于3％。

本發明所述的方法具有操作簡單、普適性好、成本低廉、大面積、快速高效等優點，為拓展硅材料在工業生產中的應用提供了一種新的制備途徑，可規模化生產微納復合結構的超疏水抗反射硅表面，可以廣泛的應用于太陽能電池、微流體芯片、光電器件等方面，具有良好的工業應用前景。